Die Welt der **Einplatinencomputer** ist faszinierend und vielfältig. Ob als Mediacenter, Smart-Home-Zentrale, kleiner Server oder Retro-Gaming-Konsole – Geräte wie der **Raspberry Pi** sind unglaublich vielseitig. Doch oft stellt sich die Frage: „Wie schnell ist mein System eigentlich wirklich?” Besonders wenn Sie anspruchsvollere Aufgaben planen oder verschiedene Modelle vergleichen möchten, ist es hilfreich, die **CPU-Geschwindigkeit** zu kennen. Während es komplexe **Benchmarking-Tools** gibt, die das gesamte System analysieren, suchen viele Anwender nach einer schnellen, einfachen und universellen Methode, um die rohe **Prozessorleistung** zu testen. Genau hier kommt unser einfacher Trick ins Spiel: Pi mit `bc` berechnen!
### Einleitung: Warum die CPU-Geschwindigkeit messen?
Die **Leistungsfähigkeit** der Zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) ist das Herzstück jedes Computers. Bei **Einplatinencomputern** wie dem Raspberry Pi ist die CPU oft der limitierende Faktor für die **Systemleistung**. Ein Verständnis dafür, wie schnell Ihr System tatsächlich ist, hilft Ihnen:
* **Anforderungen einschätzen:** Passt Ihr Pi für ein bestimmtes Projekt oder benötigen Sie ein leistungsstärkeres Modell?
* **Fehlerbehebung:** Langsame Reaktionszeiten können auf eine überlastete CPU hindeuten.
* **Vergleichbarkeit:** Vergleichen Sie die **Performance** verschiedener Pi-Modelle oder anderer **SBCs**.
* **Optimierungspotenzial erkennen:** Erfahren Sie, wie sich Übertaktung oder Kühlmaßnahmen auf die **Geschwindigkeit** auswirken.
Anstatt auf komplizierte Programme zurückzugreifen, die oft viel Speicherplatz benötigen oder spezifische Abhängigkeiten haben, zeigen wir Ihnen einen Trick, der auf fast jedem Linux-System funktioniert und nur ein einziges Kommandozeilen-Tool nutzt: `bc`.
### Die Magie von `bc`: Pi-Berechnung als CPU-Workout
`bc` steht für „basic calculator” und ist ein universell verfügbarer Kommandozeilen-Taschenrechner mit beliebiger Genauigkeit. Er ist auf praktisch jeder Linux-Distribution vorinstalliert. Was macht ihn so besonders für unseren **CPU Geschwindigkeitstest**?
1. **CPU-Intensiv:** Die Berechnung der Kreiszahl Pi (π) auf eine hohe Anzahl von Nachkommastellen ist eine rechenintensive Aufgabe. Sie lastet die CPU stark aus und ist primär **CPU-gebunden**, das heißt, sie hängt weniger von der Festplatten- oder Grafikkartenleistung ab.
2. **Single-Threaded:** Die Standardberechnung von Pi mit `bc` ist **Single-Threaded**. Das bedeutet, sie nutzt in der Regel nur einen Kern Ihrer CPU. Dies ist ideal, um die **Rohleistung eines einzelnen CPU-Kerns** zu messen, was oft entscheidend ist, da viele Alltagsanwendungen immer noch auf einem oder wenigen Kernen basieren.
3. **Minimalistisch:** Es sind keine weiteren Installationen oder komplexen Konfigurationen nötig. Ein einfacher Befehl genügt.
4. **Universell:** Da `bc` ein Standardwerkzeug ist, können Sie diesen Test auf jedem **Einplatinencomputer** (Raspberry Pi, ODROID, NanoPi, BeagleBone etc.) mit Linux-Betriebssystem durchführen und die Ergebnisse direkt vergleichen.
### Der Test im Detail: So führen Sie ihn aus
Der **CPU Geschwindigkeitstest** ist erstaunlich einfach. Alles, was Sie benötigen, ist ein Terminalfenster auf Ihrem **Einplatinencomputer**.
1. **Öffnen Sie ein Terminal:** Dies können Sie meist über das Startmenü oder mit der Tastenkombination `Strg + Alt + T` tun.
2. **Geben Sie den folgenden Befehl ein:**
„`bash
time echo „scale=5000; a(1)*4” | bc -l
„`
Lassen Sie uns diesen Befehl Schritt für Schritt aufschlüsseln, um zu verstehen, was er bewirkt:
* `time`: Dies ist der wichtigste Teil für unsere Messung. Das `time`-Kommando misst die Ausführungszeit des nachfolgenden Befehls. Es liefert am Ende drei Werte: `real`, `user` und `sys`.
* `echo „scale=5000; a(1)*4″`:
* `scale=5000`: Dieser Parameter weist `bc` an, mit einer Genauigkeit von 5000 Nachkommastellen zu rechnen. Eine höhere Zahl bedeutet mehr Rechenarbeit und damit einen längeren Test. Für einen aussagekräftigen **Benchmark** ist eine hohe Genauigkeit entscheidend. Sie können diesen Wert anpassen, um den Test zu verlängern oder zu verkürzen, aber stellen Sie sicher, dass Sie für Vergleiche immer denselben Wert verwenden!
* `a(1)*4`: Dies ist der mathematische Trick zur Pi-Berechnung. `a(1)` berechnet den Arkustangens von 1, was π/4 ergibt. Multipliziert mit 4 erhalten wir Pi.
* `|`: Dies ist eine Pipe. Sie leitet die Ausgabe des `echo`-Befehls (nämlich `scale=5000; a(1)*4`) als Eingabe an den nächsten Befehl weiter.
* `bc -l`: Dies startet den `bc`-Taschenrechner. Der Parameter `-l` lädt die Standard-Mathematikbibliothek, die für Funktionen wie `a()` (Arkustangens) benötigt wird.
3. **Warten Sie auf das Ergebnis:** Je nach Leistung Ihrer CPU und der gewählten `scale`-Einstellung kann dies einige Sekunden bis zu einigen Minuten dauern. Der Befehl gibt die berechnete Zahl Pi aus, gefolgt von den Zeitmessungen.
Ein typisches Ergebnis könnte so aussehen (die genauen Zahlen variieren stark):
„`
3.14159265358979323846264338327950288419716939937510… (die restlichen 5000 Nachkommastellen)
real 0m15.234s
user 0m15.198s
sys 0m0.016s
„`
### Ergebnisse verstehen: Was bedeuten die Zahlen?
Die ausgegebenen Zeiten geben Aufschluss über die **CPU Performance**:
* `real`: Dies ist die tatsächliche **”Wall-Clock” Zeit**, die vom Start bis zum Ende des Befehls vergangen ist. Sie beinhaltet die gesamte Ausführungszeit, einschließlich Wartezeiten auf andere Prozesse, I/O-Operationen und alles andere, was das System in der Zwischenzeit getan hat. Für den direkten **Geschwindigkeitsvergleich** verschiedener Systeme ist der `real`-Wert am aussagekräftigsten, da er widerspiegelt, wie lange ein Benutzer tatsächlich warten muss.
* `user`: Dies ist die Zeit, die die CPU direkt für die Ausführung des Benutzercodes des `bc`-Prozesses aufgewendet hat. Es ist die reine Rechenzeit des Programms.
* `sys`: Dies ist die Zeit, die die CPU für Kernel-Operationen (Systemaufrufe) aufgewendet hat, die im Auftrag des `bc`-Prozesses ausgeführt wurden. Zum Beispiel das Zuweisen von Speicher oder das Handling von Ein-/Ausgabe.
Für unseren Zweck konzentrieren wir uns auf den `real`-Wert. Ein **niedrigerer `real`-Wert** bedeutet, dass Ihr System die Berechnung schneller abgeschlossen hat, was auf eine **höhere CPU-Leistung** hindeutet.
### Faktoren, die die Geschwindigkeit beeinflussen
Die Messergebnisse werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst:
* **Prozessortaktfrequenz:** Eine höhere Taktfrequenz (gemessen in MHz oder GHz) führt direkt zu mehr Rechenoperationen pro Sekunde und damit zu schnelleren Zeiten.
* **Architektur der CPU:** Unterschiedliche CPU-Architekturen (z.B. Cortex-A53, A72, A76) haben unterschiedliche „Instruction Per Cycle” (IPC)-Werte. Ein modernerer Kern kann bei gleicher Taktfrequenz deutlich mehr Arbeit verrichten.
* **Kühlung und Throttling:** **Einplatinencomputer**, insbesondere unter Last, können heiß werden. Wenn die Temperatur einen kritischen Wert überschreitet, drosselt das System die CPU-Frequenz, um Schäden zu vermeiden (Thermal Throttling). Dies führt zu deutlich längeren Ausführungszeiten. Eine gute Kühlung (Kühlkörper, Lüfter) ist entscheidend für konstante **Leistungsfähigkeit**.
* **Hintergrundprozesse:** Wenn andere Programme oder Dienste im Hintergrund laufen, teilen sie sich die CPU-Zeit mit Ihrem `bc`-Test. Dies verlängert die `real`-Zeit. Für genaue **Benchmarks** sollten Sie so viele Hintergrundprozesse wie möglich beenden.
* **Betriebssystem-Overhead:** Das verwendete Betriebssystem (z.B. verschiedene Linux-Distributionen) kann einen geringen Einfluss haben, obwohl dieser für den `bc`-Test meist marginal ist.
* **Netzteilqualität:** Ein unterdimensioniertes oder instabiles Netzteil kann ebenfalls zu Leistungseinbußen führen, insbesondere bei Lastspitzen.
### Praktischer Einsatz: Systeme vergleichen
Der `bc`-Test ist hervorragend geeignet, um die **CPU-Leistung** verschiedener **Einplatinencomputer** miteinander zu vergleichen. Hier einige Beispiele und Tipps:
1. **Raspberry Pi Modelle:** Vergleichen Sie einen Raspberry Pi 3 mit einem Pi 4 oder Pi 5. Sie werden deutliche Unterschiede sehen, die die Fortschritte in der ARM-Architektur und den Taktfrequenzen widerspiegeln.
2. **Vorher/Nachher-Tests:** Testen Sie die **Geschwindigkeit** vor und nach einer Übertaktung oder dem Anbringen eines besseren Kühlkörpers, um die Auswirkungen direkt zu messen.
3. **Betriebssystem-Vergleich:** Wenn Sie verschiedene Betriebssysteme auf demselben Hardware-Modell testen, kann der `bc`-Test Aufschluss über deren Effizienz geben (obwohl die Unterschiede hier meist gering sind).
**Wichtiger Hinweis für Vergleiche:** Um aussagekräftige Vergleichswerte zu erhalten, ist es unerlässlich, dass Sie den Test unter möglichst gleichen Bedingungen durchführen:
* **Gleiche `scale`-Einstellung:** Immer `scale=5000` (oder den von Ihnen gewählten Wert) verwenden.
* **Minimalistische Umgebung:** Beenden Sie alle unnötigen Programme und Dienste vor dem Test.
* **Stabile Temperatur:** Stellen Sie sicher, dass Ihr System nicht überhitzt und gedrosselt wird.
Erstellen Sie eine kleine **Benchmarktabelle**, um Ihre Ergebnisse festzuhalten und übersichtlich zu vergleichen.
### Grenzen des `bc`-Tests
Obwohl der `bc`-Test ein ausgezeichnetes Werkzeug für einen schnellen **CPU Geschwindigkeitstest** ist, hat er auch seine Grenzen:
* **Kein Multi-Core-Test:** Da `bc` in der Regel nur einen Kern nutzt, gibt er keine Auskunft über die **Multi-Core-Leistung** Ihrer CPU. Viele moderne Anwendungen sind jedoch **Multi-Threaded** und können mehrere Kerne gleichzeitig nutzen.
* **Kein umfassender Systemtest:** Der Test berücksichtigt nicht die Leistung von Grafikkarte (GPU), Arbeitsspeicher (RAM-Bandbreite), Speicher (SD-Karte, eMMC, SSD) oder Netzwerkschnittstelle. All diese Komponenten spielen eine wichtige Rolle für die gesamte **Systemleistung**.
* **Keine realistische Workload-Simulation:** Die Berechnung von Pi ist eine sehr spezifische Aufgabe. Sie spiegelt nicht unbedingt wider, wie Ihr System bei alltäglichen Aufgaben (z.B. Web-Browsing, Videowiedergabe, Gaming) performt.
* **Kein I/O-Benchmark:** Der Test misst keine Eingabe-/Ausgabe-Operationen, die oft ein Flaschenhals bei **Einplatinencomputern** sein können.
### Über den `bc`-Test hinaus: Umfassendere Benchmarks
Für eine tiefere und umfassendere **Performanceanalyse** gibt es spezialisierte **Benchmarking-Tools**, die verschiedene Aspekte Ihres Systems testen können:
* **`sysbench`:** Ein vielseitiges Tool, das CPU, Speicher, I/O und Threading testen kann. Es bietet spezifische Tests für CPU-Integer- und Fließkommaberechnungen.
* **Phoronix Test Suite:** Eine der umfangreichsten **Benchmark-Sammlungen** für Linux, die Hunderte von Tests für CPU, GPU, Speicher, Dateisystem und Netzwerk bietet, oft mit realitätsnahen Anwendungsszenarien.
* **Geekbench:** Ein populärer Cross-Plattform-Benchmark, der sowohl Single-Core- als auch Multi-Core-CPU-Leistung sowie GPU-Compute-Performance misst.
* **`stress-ng`:** Nützlich, um verschiedene Subsysteme (CPU, RAM, I/O, Cache) zu stressen und zu testen, wie stabil Ihr System unter Last ist.
Diese Tools sind jedoch oft aufwendiger zu installieren und zu konfigurieren. Für einen schnellen, aussagekräftigen **CPU-Rohleistungstest** bleibt der `bc`-Test unschlagbar in seiner Einfachheit und Zugänglichkeit.
### Fazit: Einfach, schnell, informativ
Der `bc`-Befehl zur Pi-Berechnung ist ein wunderbar einfaches und effektives Werkzeug, um die **CPU-Geschwindigkeit** Ihres **Einplatinencomputers** zu testen. Er erfordert keine speziellen Kenntnisse, ist auf jedem Linux-System verfügbar und liefert schnell eine aussagekräftige Kennzahl für die **Leistungsfähigkeit** eines einzelnen CPU-Kerns.
Ob Sie nun Ihren neuen Raspberry Pi 5 mit einem älteren Modell vergleichen, die Auswirkungen einer Übertaktung überprüfen oder einfach nur neugierig sind, wie schnell Ihr System ist – dieser **CPU Geschwindigkeitstest** mit `bc` ist der perfekte Ausgangspunkt. Er hilft Ihnen, ein besseres Gefühl für die **Systemleistung** Ihres **SBC** zu bekommen und fundiertere Entscheidungen für Ihre Projekte zu treffen. Probieren Sie es aus – Sie werden überrascht sein, wie viel Informationen ein so kleiner Befehl liefern kann!